Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цифровые модуляторы для систем управления электроприводов. Учебное пособие по дисциплине «Системы управления электроприводов»
.pdf
61 62
или иной пары элементов 14, 15, 16, 17, 18 и 19 И. В результате широтно-
2
3
модулированный сигнал поступает на соответствующие выходы 32, 33, 34, 35. 36.
37 (рис. 3.5 ж, з, и, к, л, м) модулятора.
Формирователи 27,28 и 29 импульсов и элемент 13 И необходимы для формирования раздвижки фронтов при перемене знака сигнала задания.
Анализ порядка включения транзисторов (рис. 3.3) и диаграмм работы уст-
ройства показывает, что в силовом преобразователе используется
коммутация
транзисторов, что приводит к снижению действующего значения выходного напряжения по сравнению с инвертором, оснащенным цифровым модулятором, представленным в разделе 2.2. При этом следует ожидать, что гармонический состав
фазного напряжения также не будет соответствовать требованиям ГОСТ 32144-
2013 [19].
3.3 Цифровой модулятор для управления синхронной машиной в режиме
бесколлекторного двигателя постоянного тока
Для управления синхронным электродвигателем, работающем в режиме
БДПТ, предлагается применить цифровой модулятор [9, 23], осуществляющий
квазисинусоидальную модуляцию рабочего состояния транзисторов силового
трехфазного транзисторного моста (рис. 3.6). Модулятор содержит генераторы 1 и
2 прямоугольных импульсов, счетчики 3 – 6, элементы 7 – 9 ИЛИ, триггеры 10 –
13, инвертор 14, схему 15 ограничения, дешифраторы 16 – 18, формирователи 19
– 24 импульсов, элементы 25 – 27 И, схему 28 сброса, сумматоры 29 – 31, регистры 32 – 34, элементы 35 – 40 И-НЕ, двоично-шестеричный счетчик 41, шину 42
входного сигнала, шину 43 знака, шину 44 сигнала, характеризующего конструктивное исполнение двигателя, шину 45 сигнала датчика положения ротора, выходные шины 46 – 51. Шины 46 – 51 через усилители (драйверы) подключаются к
силовым транзисторам трехфазного моста (рис. 3.7).
63 64
VD1
VD2
VD3
VD4
VD5
VD6
VD7
VD8
VD9
VD10
VD11
VD12
VT1
VT4
VT2
VT3
VT5
VT6
VT7
R
Т
C
C B A
M
Через усилитель
к шине 46
Через усилитель
к шине 47
Через усилитель
к шине 48
Через усилитель
к шине 49
Через усилитель
к шине 50
Через усилитель
к шине 51
Рисунок 3.7 – Принципиальная схема подключения силового трехфазного моста
к цифровому модулятору для управления синхронной машиной
в режиме БДПТ
Диаграммы работы цифрового модулятора приведены на рис. 3.8. После включения напряжения питания схема 28 сброса формирует сигнал, который устанавливает в исходное состояние регистр 34. Этот же сигнал через элемент 25 И устанавливает в исходное состояние триггеры 11 и 12, стробирует счетчики 3, 4 и 5 и
далее через инвертор 14 стробирует триггер 10. Сигнал с выхода схемы 28 сброса
через элемент 27 И стробирует счетчик 6 и двоично-шестеричный счетчик 41 и
далее через формирователь 24 импульсов устанавливает в исходное состояние регистр 33 и триггер 13 и далее через элемент 26 И – регистр 32.
65 66
При стробировании счетчика 4 в него записывается входной сигнал, прошедший
0
f
1
0
N
t
f
1
2
0
2
n
t
f
1
2
m
n
N
через схему 15 ограничения. Код знака этого сигнала записывается в триггер 10. В
зависимости от знака входного сигнала импульсы генератора 1 с частотой
про-
ходят либо через элемент 7 ИЛИ (знак положительный), либо элемент 8 ИЛИ
(знак отрицательный) и поступают соответственно либо на вход обратного счета,
либо на вход прямого счета счетчика 4. В зависимости от модуля величины N
входного сигнала на выходах переноса счетчика 4 через промежуток времени
,
после начальной установки (стробирования) появится отрицательный импульс
(рис. 3.8 а). Этот отрицательный импульс поступает на вход установки триггера
11, на выходе которого при этом появляется сигнал высокого уровня (рис. 3.8 б).
Прямоугольные импульсы с генератора 1 поступают также на счетный вход счетчика 3. Поэтому на выходе переноса счетчика 5 через промежуток времени
после начальной установки появляется отрицательный импульс (рис. 3.8 в), который, пройдя через элемент 25 И, поступает на вход сброса триггера 11 и возвращает его в исходное состояние. Отрицательный импульс с выхода 25 И стробирует счетчики 3, 4 и 5 и через инвертор 14 – триггер 10 знака, после чего процесс
формирования выходных сигналов счетчиков 3 и 4 и триггера 10 повторяется. В
результате на выходе триггера 11 (рис. 3.8 б) формируется сигнал со скважностью
.
Одновременно с работой названных выше элементов входной сигнал, пройдя через схему 15 ограничения, поступает на вход сумматора 29 и складывается с
выходным сигналом регистра 32, а сигнал, характеризующий конструктивное исполнение двигателя, поступает на вход сумматора 30 и складывается с выходным
сигналом регистра 33. Величина сигнала, характеризующего конструктивное исполнение электродвигателя, может быть определена по формуле:
67
max
2
6
k
дпр
дпр
п
N
N
Z
,
max
дпр
N
2
k
3
t
где k – число разрядов двоичного счетчика 6;
– количество дискрет (им-
пульсов) датчика положения ротора на оборот вала электродвигателя.
В то же время сигнал датчика положения ротора с шины 45 поступает на
вход сумматора 31 и сравнивается с сигналом, поступающим с выхода регистра
33. В первоначальный момент времени на выходе регистров 32 и 33 и триггера 13
находится нулевой сигнал. Поэтому импульсы с генератора 2 через элемент 9
ИЛИ поступают на вход формирователя 20 импульсов. Импульсы с выхода формирователя 20 поступают на вход прямого счета счетчика 6 и входы стробирования регистров 32 и 33 и через формирователь 21 импульсов – на вход стробирования триггера 13. В результате происходит нарастание сигналов на выходе сумма-
торов 29 и 30 и регистров 32 и 33, причем через
импульсов происходит сброс
выходного сигнала регистра 32 в ноль посредством сигнала, поступающего с выхода счетчика 6 через элемент 26 И. Вследствие того, что выходной сигнал регистра 33 нарастает, при определенном такте выходного сигнала генератора 2 прямоугольных импульсов на старшем (знаковом) разряде выхода сумматора 31 появляется сигнал высокого уровня, который запишется в триггер 13 и заблокирует
прохождение импульсов генератора 2 через элемент 9 ИЛИ. К этому времени на
выходе регистра 32 сформируется определенный цифровой код. Поскольку выходной сигнал с выхода счетчика 6 поступает также и на вход двоичношестеричного счетчика 41, то на его выходе сформируется также определенный
цифровой код, зависящий от величины сигнала датчика положения ротора. Следует отметить, что начало отсчета датчика положения ротора может осуществляться, например, от отрицательного направления оси обмотки фазы А синхронного электродвигателя (применительно к двухполюсной машине).
По сигналу с выхода элемента 25 И цифровой код с выхода регистра 32 со
сдвигом на kразрядов вправо записывается в двоичный счетчик 5, на выходе переноса которого появляется отрицательный импульс через интервал времени
68
после стробирования. Этот отрицательный импульс поступает на вход установки
3
2
d
t
t
3
t
1
id
триггера 12, на выходе которого появляется сигнал высокого уровня. По приходу
на вход сброса триггера 12 отрицательного импульса с выхода элемента 25 И на
выходе триггера 12 устанавливается сигнал низкого уровня. Далее процесс повторяется. В результате на прямом выходе триггера 12 формируется сигнал со
скважностью (рис. 3.8 г)
.
Следует отметить, что величина
зависит от цифрового кода на выходе регистра
32, который в свою очередь определяется величиной N и цифровым кодом датчика положения ротора электродвигателя. На инверсном выходе триггера 12 формируется сигнал со скважностью
.
Сигнал с выхода элемента 25 И запускает также формирователь 22 импульсов, который стробирует регистр 34. При этом на выход регистра 34 проходит
сигнал с выхода двоично-шестеричного счетчика 41, который управляет дешифраторами 16, 17 и 18.
Процесс формирования выходных сигналов регистра 32, двоичношестеричного счетчика 41 и регистра 34 осуществляется с частотой появления
сигнала низкого уровня на выходе элемента 25 И, то есть с частотой широтноимпульсной модуляции.
налов с выходов триггеров 11 и 12 дешифраторы 16, 17 и 18 через элементы 35,
36, 37, 38, 39 и 40 И-НЕ подают широтно-модулированный сигнал на выходные
шины 46, 47, 48, 49, 50 и 51 цифрового модулятора. Если сигналы с шин 46, 47,
48, 49, 50 и 51 подать через усилители на силовой трехфазный транзисторный
мост с подключенным к нему синхронным электродвигателем, как показано, например, на рис. 3.7, то сформированная система напряжений заставит вращаться
ротор двигателя. При определенных величинах N входного сигнала на входе
цифрового модулятора и установившейся скорости вращения синхронного элек-
В зависимости от кодового сочетания сигналов выходов регистра 34 и сиг-
69
тродвигателя формы сигналов на выходах регистра 34 будут соответствовать ри-
U
AB
t
U
A
U
B
U
C
t
t
t
сункам, приведенным на рис. 3.8 д, е, ж, а на выходных шинах 46, 47, 48, 49, 50 и
51 будут формироваться сигналы, соответствующие графикам, представленным
на рис. 3.8 з, и, к, л, м, н. Фазные и линейное напряжения на статорных обмотках
синхронного электродвигателя, например, при номинальной скорости вращения,
будут иметь при этом квазисинусоидальную (трапецеидальную) форму (рис. 3.9).
Рисунок 3.9 – Диаграмма напряжений, формируемых на статорных
обмотках синхронного двигателя, при номинальной скорости вращения ротора
Сигнал с выхода формирователя 19 импульсов используется для блокировки дешифраторов 16, 17 и 18, что позволяет организовать раздвижки фронтов при смене знака входного сигнала. Формирователь 23 импульсов необходим для синхронизации работы регистра 34 и двоично-шестеричного счетчика 41. Сигнал с шины
70
43 знака подается на вход предварительной установки двоично-шестеричного
VD1
VD2
VD3
VD4
VD5
VD6
VD7
VD8
VD9
VD10
VD11
VD12
VT1
VT4
VT2
VT3
VT5
VT6 C C B A
M
Драйверы
Схема
выбора
транзис-
тора
ШИМ 1
ШИМ 2
Интегра-
тор
Заданная
величина
напряжения
Схема определения
зоны угла поворота
ротора
ДПР
Код
конструк-
тивного
исполнения
двигателя
d
i
m
счетчика 41 с целью автоматической организации тормозных режимов и реверса
при смене знака входного сигнала. Схема 15 ограничения предназначена для ограничения на определенном уровне входного сигнала с целью исключения возможности опрокидывания широтно-импульсной модуляции.
Упрощенно функциональную схему силового преобразователя для управления синхронной машиной в режиме БДПТ можно представить следующим образом (рис. 3.10).
преобразователя для управления синхронной машиной в режиме БДПТ
Рисунок 3.10 – Упрощенная функциональная схема силового
с трапецеидальной формой фазного напряжения
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]